世界最大自然铜(自然铜最大用量)

澳大利亚奥林匹克坝铜金铀矿床

1.地质背景

奥林匹克坝巨大的铜金铀矿床位于南澳大利亚州的安达莫卡地区。矿床产于前寒武系基底的碱性花岗岩中，上覆350m厚的沉积盖层。矿化面积超过20km

，矿石储量至少有20亿t，平均含铜1.6%；U

0.06%；Au0.6×10

。即相当于含铜3200万t，金1200t，U

120万t。此外，还含大量稀土、铁、银和钴，可综合回收。这个矿床的发现是人类找矿史上最重要的突破之一。

矿床所在地属于南澳斯图尔特陆架区，其东面由SN向的托仑斯断层带与阿得雷德地槽分开。斯图尔特陆架的地层是一套平伏的新元古代和寒武纪沉积岩，沉积在中元古界和可能更老些的由变质花岗岩和其他变质岩组成的高勒克拉通基底之上。奥林匹克坝矿床就产在这基底岩石中。

矿床赋存在巨大的奥林匹克坝角砾杂岩体中（图13-21），它在平面上为6×8km

，由大量陡倾的柱状碎裂花岗岩和花岗角砾岩组成，中心为漏斗状富赤铁矿角砾岩（约1.5×2.5km

），已知向地表下延伸超过1km。碎屑主要为赤铁矿、石英和绢云母化的花岗岩，基质为细-中粒赤铁矿。大多数矿石矿物都是呈浸染状存在于富赤铁矿的角砾岩基质中，主要铜矿物为黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿，铀矿物有晶质铀矿、铀石和钛铀矿，金为自然金，稀土矿物有氟碳铈矿和磷铝铈矿等。通常矿化的数量与容矿角砾岩基质数量呈正相关关系。岩石普遍遭受赤铁矿化、绢云母化、绿泥石化、硅化和碳酸盐化。其中强烈的赤铁矿化和绿泥石化与矿化有关。

图13-21奥林匹克坝矿床区域地质背景

（引自成都理工学院《国外地质》，1993（4））

1—沉积岩层；2—酸性火山；3—花岗岩；4—变质岩

2.勘查与发现

奥林匹克坝巨型矿床的发现被誉为是人类找矿史上最伟大的发现。从这个矿床的发现史中，可以看到现阶段找矿的一切思路。

1957年西部矿业公司开始在元古宙岩石中勘查铜矿。由于全世界的巨型铜矿多产在元古宙岩石中，从这一概念出发，在澳大利亚元古宙岩石中寻找铜矿化的地表标志，然后利用地表填图、水系沉积物地球化学测量、地球物理调查等经验和技术开展普查工作。1957～1976年的20年时间里，找到的矿床范围如图13-22所示。

图13-22西部矿业公司在澳大利亚找元古宇大铜矿的情况

（引自R.Woodall，1994）

（a）表示项目区的图；（b）累积勘查费（以1992年澳元值计算）

1957～1960年，在塔拉季地区的河谷发现了矿化露头后开始了西澳西金伯利地区的勘查，但这个项目并不成功（图13-22）。

1960～1987年，在南澳地区惟一已知的规模最大、产于元古宇的蒙塔（Moonta）铜矿外围勘查。由于该区有一部分为风成土壤所覆盖，所以用磁法追索地层，用螺旋钻进行地球化学取样，同时进行激发极化测量，圈定了硫化物矿体。勘查持续了27年，成果不明显（图13-22）。

1966～1969年，在西澳沃伯顿（Warburton）地区，在元古宇火山熔岩中发现铜矿化，从而进行经验勘查，即地表普查和化探取样，但没有获得成功。

1967～1977年，在西澳哈默斯利盆地开始执行另一个勘查计划，勘查地区很广，前后持续了11年，该计划于1977年结束，也没有获得成功（图13-22）。

1972年，D.W.海恩斯在沃伯顿地区开展研究，提出了这样一个概念模型，即氧化作用过程中，铜从玄武岩中淋滤出来，而氧化的大陆拉斑玄武岩大量堆积，为以沉积岩为容矿岩石的铜矿床提供了充足的物源（铜）。因此，巨厚的氧化大陆拉斑玄武岩可以充当铜的源岩，并足以形成重要的、产生在沉积岩中的矿体。从地球物理角度来看，拉斑玄武岩引起了磁异常和重力异常。

1972年，海恩斯依据该概念模型，修订了铜矿勘查计划，着手研究南澳大利亚的地质特征，并于1973年在露头和钻孔中发现了氧化玄武岩。H.鲁尔特主要从事地球物理工作，他们俩联手于1974年6月完成此项研究，指出有远景的地区。

另一条概念勘查的思路是，研究成矿的构造背景。1965年1月，奥德里斯科丰富和发展他自己提出的“构造变形的独特模式与剪切带的运动有关的理论（概念）模型”，他认为区域剪切运动控制了成矿作用。

1972年，奥德里斯科提出的构造线性体成矿模式在研究西澳太古宙岩浆镍硫化物矿床的分布中得到证实，1972年发现了冈森山卡特尔格里德矿床，它被认为是产在1966年确定的线性体交汇处。接着，他开始研究磁力和重力图。到1973年中，识别出了一个北北西方向的涉及整个澳大利亚大陆的线性重力不连续面，冈森山矿床被认为是产在这个不连续面上。

从本质上来说，这种构造线性体是找矿的直接地质标志。因此，这类研究带有强烈的经验主义的色彩。

1974年6月，依据氧化玄武岩模型，将勘查工作集中在奥古斯塔港的北部和南部地区，并将希尔伯城堡和乌罗布拉夫作为地层钻探的目标。此时，鲁尔特将重点放在区域航磁和重力异常的解释上，并认为这些异常可能是由于隐伏于中生代沉积岩之下的玄武岩引起的。

1974年8月，注意到了冈森山（Gunson）重力异常与航磁高值的吻合（图13-23）。地球物理学家已经注意到了这种吻合不是偶然的。

1974年7月，奥德里斯科等依据照片镶嵌图和航磁资料完成1：25万线性构造填图工作，证明了冈森山矿床产在北西西向构造走廊内，它被一个北北东向的线性体切穿，在此处北西向的航空磁力线性体使磁异常模式发生偏离，所见到的偏离方式与西澳金属矿床的构造特征吻合。据此，在安达莫卡（Andamooka）图幅确定了具有这种构造特征的远景靶区。

在安达莫卡图幅内，8个地球物理靶区中有5个靶区符合构造条件。因此，钻孔位置选择了奥林匹克坝和阿奎迪西蒂斯坝〔后来改名为阿克罗波利斯（Acropolis）〕。1975年6月，RD1钻孔定在奥林匹克坝重力-航磁-构造重叠靶区。打这个孔的目的是为了验证所期望的氧化玄武岩，实际上打到了不是真正的氧化玄武岩。

对岩心进行岩屑取样，其目的是检验一下根据概念预测的铜品位的可能下降是否真的在“氧化玄武岩”源岩中发生。分析结果表明，铜品位没有下降，事实正好相反，38m岩心的铜品位为1%。1975年10月才对岩性描述做出纠正：经过仔细的岩石学研究证明，岩石由石英、绢云母、赤铁矿、长石和辉铜矿组成。辉铜矿颗粒极细，以致在暗色赤铁矿基质中几乎无法目测。它实际上是含赤铁矿的砂岩和火山岩。

图13-23“斯图尔特陆架”地球物理异常和北西西向线性走廊综合平面图

（引自R.Woodall，1994）

铜的价值和以上的岩石描述鼓舞了勘查队员和管理人员。尽管一年来，已打了8个孔，所打到的不是没有经济价值的矿，就是根本不含矿，但勘查人员坚信角砾化的强烈蚀变岩石的意义及岩石中特殊的矿化，才使该项勘查起死回生。最后，RD10孔才证实该矿床的存在，在该孔中打到了厚170m、铜品位为2.1%的岩层后，于1976年11月在529m深处终孔。对图13-24的重新审视表明，“即使成功近在咫尺，仍有可能丧失信心并放弃整个计划，因为赋存厚而富的矿石的主要地段离RD10钻孔至少还有1000m”（R.Woodall，1994）。

图13-24奥林匹克坝平面图，各个矿带和早期钻探结果

（引自R.Woodall，1994）

图中数字代表钻孔编号

澳大利亚奥林匹克坝Cu-Au-U矿床是20世纪矿业界最伟大的发现。其发现过程已被广为报道。矿床学界普遍认为，这是一个理论找矿的成功案例，尽管最初设计的成矿模型被证明是错误的。经验勘查者也声称，这是以遥感、地球物理和岩石化学信息为依据，最终实现矿床的准确定位的一个找矿实例。客观地说，奥林匹克坝矿床的发现既是经验勘查与理论勘查交叉与融合的典范，又是多学科信息综合研究的典范。在勘查过程中，虽带有一定的运气的成分，但这一成功应该归功于多学科勘查队伍以顽强的毅力，终于换取矿产勘查的重大突破。机遇总是惠顾那些有准备的人。

自然铜族

本族包括自然铜、自然银、自然金等矿物。金的单质状态是它在自然界最主要的存在形式。此外，仅少量的金以碲化物出现。银或铜呈单质形式存在较少，它们往往形成硫化物和其他化合物。

自然铜Copper—Cu

晶体参数等轴晶系；对称型Fm3m。空间群Fm3m;a

=0.3908nm;Z=4。

成分与结构自然铜常含有少量的Ag、Bi、Hg、As、Sb。铜的原子半径较小，只能在高温时与金形成固溶体。金与铜可形成金属互化物，如铜金矿CuAu（cuproaurite）。自然铜的结构为铜型。

形态通常呈不规则树枝状（图7-2）、片状或致密块状。

图7-2自然铜形态

A—自然铜呈树枝状；B—自然铜（美国哈佛大学矿物博物馆）

（据Hurlbut等，1977）

物理性质新鲜面呈铜红色，条痕铜红色，金属光泽。通常表面氧化呈黑色并且光泽暗淡。具强延展性，断口锯齿状，硬度2.5～3；密度8.95g/cm

鉴定特征以其铜红色、锯齿状断口、高密度和强延展性为特征。

成因与产状自然铜形成于多种地质过程中的还原条件下。热液成因的自然铜，往往呈散染状与沸石、方解石等共生。充填于玄武岩气孔中，与沸石、葡萄石等矿物共生的自然铜，其成因与火山热液作用有关。沉积成因的自然铜见于富含有机质的沉积岩层中。自然铜最为常见的是形成于含铜硫化物矿床的氧化带，系含铜硫化物矿物氧化后所形成的硫酸铜溶液被其他硫酸盐或硫化物还原而成，即CuSO

+2FeSO

→Cu+Fe

主要用途作为铜矿石，自然铜居非常次要的地位，当今作为提炼铜的铜矿石以铜的硫化物为主。铜的最大用途主要用于电线。它也广泛用于制造合金，如黄铜（铜锌合金）、青铜（铜锡锌合金），以及德国银（铜镍锌合金）。铜对于现代文明的贡献仅次于铁。

自然金Gold—Au

晶体参数等轴晶系；对称型m3m。空间群Fm3m;a

=0.4070nm;Z=4。

成分与结构Au与Ag组成完全固溶体系列，大多数金含有Ag。当Ag达到或超过20%时，该合金称为银金矿（electrum）。自然金中可含有少量的Cu、Fe，以及微量的Bi、Pb、Sn、Zn、Pt。金的纯度或成色以1000表示，由于大多数金都含有10%的其他金属，一般最好的成色为900。金的结构为铜型。

形态呈分散粒状或不规则树枝状集合体（图7-3）。偶见较大的块体，俗称狗头金。

图7-3自然金形态

A—扭曲的自然金八面体晶体；B—金呈树枝状；C—自然金（标本来自于俄罗斯叶卡特琳堡州）

（据Klein等，2007）

物理性质金黄色，随其成分中含Ag量的增高而颜色逐渐变为淡黄；条痕色与颜色相同，根据其条痕色的深浅可确定Ag的含量；金属光泽。硬度2.5～3；具强延展性，密度19.3g/cm

鉴定特征以金黄色、条痕色、低硬度、密度大、强延展性及火烧不变色为特征。

成因与产状自然金在地壳中的丰度为0.004×10

，为稀有元素。主要产于高、中温热液成因的含金石英脉中，或产于蚀变岩中以及火山岩系与火山热液作用有关的中、低温热液矿床中。关于金在热液中的搬运形式，一般认为是呈Na

易溶络合物形式搬运。如热液成因的自然金和黄铁矿的共生是以下反应的结果：2Na

+3FeCO

→2Au+3FeS

。外生条件下，自然金常富集形成重要的砂金矿床。我国许多省区均有自然金产地，其中原生矿床以山东等地著称，而砂金矿床以金沙江、黑龙江和湖南沅水流域分布最多。

主要用途自然金几乎是金的唯一来源。世界市场以黄金为货币计算标准，所以国库中黄金储备的多少具有十分重要的意义。在现代技术上利用极细的纯金丝制造电子元件，利用镀金薄膜制造高温隔热反射屏蔽和红外线加热器反射层。此外，金还可制备各种合金，用于制造尖端技术装置的部件。

狗头金的矿物组成通常为自然金、石英和其他矿物。外形呈不规则的块状。有人以其形似狗头，称之为狗头金（nugget）。有人以其形似马蹄，称之为马蹄金；但多数通称这种天然块状自然金为狗头金。狗头金在世界上分布稀少，不易多得，但由于黄金价值昂贵，被人们视为宝中之宝。找到狗头金常常带有一定偶然性，一旦发现狗头金，常常引起社会轰动。根据统计资料，迄今世界上已发现大于10kg的狗头金约有8000～10000块。数量最多首推澳大利亚，占狗头金总量的80%。其中最大的一块重达235.87kg的狗头金也产于澳大利亚。在人类采金史中，我国也是狗头金发现较多的国家之一。湖南省资水中、下游流域是我国历代盛产狗头金地区。此外四川省白玉县，陕西省南郑县、安康市，黑龙江呼玛县，吉林省桦甸市，青海省大通县、曲麻莱县，山东省招远市，河北省遵化市等，都相继发现狗头金，总计约有千余块。

地球上有多少吨铜矿石

化学。c，s，cu，si在自然界都有什么存在形式

上述元素既可以以单质的形式存在，也可以化合物的形式存在。如木炭、焦炭、木头等均以单质的形式存在，二氧化碳，一氧化碳等是以化合物的形式存在。硫可以以单质的形式存在，也可以以硫化氢、硫化钠等化合物形式存在；铜也可以单质的形式存在，也可以化合物的形式存在，如硫酸铜、氧化铜等。